Pract 8. Calorimetria

Práctica # 8

ITESM, campus Qro. Academia de Química Depto. de Ciencias Básicas

CALORIMETRÍA Objetivos 1. Conocer Conocer e identif identificar icar cada cada una de las partes partes de un calorí calorímetr metro. o. 2. Calibrar Calibrar el calorímet calorímetro ro y determi determinar nar el equivalent equivalente e en agua del calorí calorímetro metro (K) 3. Determin Determinar ar el calor específic específico o de un metal desconocid desconocido o (Cm) 

Material

Equipo o material 1 calorímetro

Reactivos Pesas de diferentes diferentes metales según disponibilidad

1 termómetro 1 probeta de 100 mL 1 vaso de precipitado de 100 mL 1 parilla eléctrica 1 pinzas para disección 1 vaso de precipitado de 600 mL



Introducción

Se define como calor específico al calor, por unidad de masa, necesario para incrementar la temperatura de un cuerpo un grado centígrado. Las medidas experimentales de los calores específicos pueden realizarse por varios procedimientos. En esta práctica vamos a utilizar el método de las mezclas. La descripción del proceso que tiene lugar es la siguiente: Se introduce en un sistema adiabático (calorímetro) una cantidad de agua de masa M a temperatura ambiente. Una vez alcanzado el e quilibrio térmico, el calorímetro y el agua estarán a la misma temperatura T0. Si en ese momento, introducimos en el sistema una muestra del sólido a estudiar, de masa m y calor específico Cm, Cm, a una temperatura T1, el sistema constituido por el agua, el calorímetro y la muestra evolucionará hacia un estado de equilibrio térmico a la temperatura T2. Esta evolución evolución se realiza realiza a presión presión constante constante (P atmosféri atmosférica) ca) y sin intercambio intercambio de calor con el exterior (sistema (sistema adiabático), por lo que, Qabsorbido = Qcedido Pudiendo plantear las ecuaciones siguientes: Qabsorbido por el agua = M· Ce · (T 2-T0) Qabsorbido por el calorímetro = K· Ce · (T 2-T0) Qcedido por la muestra = m· Cm · (T 1-T2) siendo:

_________________________________________________ ____________________________ 1 Q1004. Laboratorio de Química

Práctica # 8


M = masa de agua introducida en el calorímetro. m = masa de la muestra metálica a estudiar. K = equivalente en agua del calorímetro. Ce = calor específico del agua (1 cal/gºC) Cm = calor específico del metal. T0 = temperatura inicial del sistema agua-calorímetro. T1 = temperatura inicial de la muestra metálica. T2 = temperatura final de equilibrio del sistema agua-calorímetro-muestra. La ecuación global es: (M+K)· Ce ·(T 2-T0) = m·Cm·(T 1-T2) y despejando Cm, podemos calcular el calor específico de la muestra metálica, según la ecuación:

Calibración del calorímetro Se define como equivalente en agua del calorímetro, K, a la masa de agua, que para elevar su temperatura un grado centígrado, necesita la misma cantidad de calor que el calorímetro. Para determinar experimentalmente K, se toma una cantidad de agua de masa M y se calienta en una vaso de precipitados hasta una temperatura Ti, superior a la temperatura ambiente. Previamente, se determina la temperatura inicial del calorímetro vacío, T0. Una vez determinada ésta, se introduce el agua caliente dentro del calorímetro y se espera hasta que se alcance la temperatura de equilibrio Tf , agitando, ocasionalmente, con el agitador. En estas condiciones, el calor cedido por el agua lo absorbe el calorímetro, pudiéndose plantear las ecuaciones siguientes: Qcedido por el agua = M·Ce·(Ti-Tf ) Qabsorbido por el calorímetro = K·Ce·(T f -T0) M·Ce·(Ti-Tf ) = K·Ce·(T f -T0)

siendo: K = equivalente en agua del calorímetro. M= masa de agua introducida en el calorímetro. Ce = calor específico del agua. T0 = temperatura inicial del calorímetro vacío. Ti = temperatura inicial del agua. Tf = temperatura de equilibrio del sistema.

a) Cálculo del equivalente en agua del calorímetro, K _________________________________________________ ____________________________ 2 Q1004. Laboratorio de Química

Práctica # 8

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Procedimiento Paso 1 Se miden 100 mL de agua destilada usando la probeta y se vacían en un vaso de precipitado, que se pondrán a calentar en la parrilla hasta una temperatura superior a la del ambiente (sugerencia: 50°C) la cual debe anotar como Ti. Paso 2 Coloque el termómetro en el orificio de la tapa del calorímetro y tape el equipo, Mida la temperatura del calorímetro vacío y registrarla como T0. Paso 3 Ponga los 100 mL de agua destilada caliente dentro del recipiente interno del calorímetro, coloque el termómetro en el orificio de la tapa del calorímetro y tape el equipo, verifique que el termómetro quede en contacto con el agua y agite bien. Cuando la temperatura permanezca constante, anótela en su hoja de datos como Tf . Paso 4 Calcular K, utilizando la ecuación (2). Recuerde que la densidad del agua es 1g/mL Para determinar con mayor exactitud el valor de K es preciso repetir la operación varias veces hasta que los resultados sean reproducibles y tomar como equivalente en agua del calorímetro el valor promedio. Descartar los resultados muy dispersos.

b) Cálculo de calores específicos de sólidos Paso 1 Ponga 100 mL de agua destilada dentro del recipiente interno del calorímetro, coloque el termómetro en el orificio de la tapa del calorímetro y tape el equipo, verifique que el termómetro quede en contacto con el líquido y agite bien. Cuando la temperatura permanezca constante, anótela en su hoja de datos como To. No tire el agua. Paso 2 Pese el metal cuyo calor específico sea desconocido y colóquelo en un vaso de 600 mL con agua. Hierva el agua unos 10 minutos y anote la temperatura en su hoja de datos se espera que sean casi 100°C, anótela en su hoja de datos como T1. Paso 3 Mientras el agua está hirviendo, saque rápidamente la muestra de metal con unas pinzas y colóquela en el calorímetro. Tape el calorímetro y agite rápidamente, teniendo cuidado de no romper el termómetro. Cuando la temperatura permanezca constante, anótela como T2 Ahora, calcule el calor específico del metal (Cm) usando la ecuación (1). Para determinar con mayor exactitud el valor de Cm es preciso repetir la operación varias veces hasta que los resultados sean reproducibles y tomar como Cm el valor promedio. Descartar los resultados muy dispersos. NOTA Este proceso se debe repetir de acuerdo a número de metales de los cuales quiere calcular Cm o muestras de diferente peso.

Datos Calorimetría _________________________________________________ ____________________________ 3 Q1004. Laboratorio de Química

Práctica # 8


Nombre ____________________________________ Matrícula ___________ Fecha ____________________

_____________________________

_________

_____________________________

_________

Calibración del calorímetro To

# de calorímetro_____

Masa de agua ________

Tf

Tf - To

T i

T i - T f

K

Determinación 1 Determinación 2 Determinación 3

Valor promedio de K _________________ Cálculos:

Calor específico de un metal conocido Equivalente en agua de Calorímetro (K) __________________ masa del metal (m) ____________ Masa del agua (M) _____________ Calor específico del agua _________ To

T 1

T2

T 1 – T 2

T2 - To

C m


Valor promedio de Cm _________________

Calor específico de un metal desconocido Equivalente en agua de Calorímetro (K) __________________ masa del metal (m) ____________ Masa del agua (M) _____________ Calor específico del agua _________ To

T 1

T2

T 1 – T 2

T2 - To

C m


Cálculos: Valor promedio de Cm _________________

EN RESULTADOS NO OLVIDAR:


Práctica # 8


Una vez calculados los valores experimentales de las distintas muestras metálicas han de confrontarse con los datos recogidos en el Handbook, y calcular el error relativo (como lo hizo en la práctica de cloruros). Comparar los calores específicos obtenidos para el metal de masas diferentes. Realizar un breve comentario y discusión de los resultados obtenidos y los posibles errores cometidos.

CUESTIONARIO 1. Defina cada uno de los siguientes términos a) Calor específico b) Caloría c) Kilocaloría d) Caloría nutricional 2. ¿Qué es un calorímetro y cuáles son sus componentes? 3. ¿Por qué es importante la calibración del calorímetro?

4. ¿Cuáles son las diferencias entre una calorimetría a presión constante y calorimetría a volumen constante (bombas calorimétricas)? (tales como leyes que lo rigen, componentes, usos). 5. Una muestra de 0.5865 g de ácido láctico (HC3H5O3) se quema en un calorímetro cuya capacidad calorífica es de 4.182 kJ/°C. La temperatura aumenta de 23.10°C a 24.95°C. Calcule el calor de combustión: a. Calcule el calor de combustión del ácido láctico /gramo y b. Calcule el calor de combustión del ácido láctico /mol 6. En la construcción de puentes y rascacielos se dejan vacíos entre las vigas de acero adjuntas para permitir la expansión y contracción del metal debido al calentamiento y al enfriamiento. La temperatura de una muestra de fierro con una masa de 10.0 gramos cambió de 50.4 oC a 25.0 °C con liberación de 114 J de calor. ¿Cuál es el calor específico del hierro? 7. Si la temperatura de 34.4 g de etanol aumenta de 25.0 oC a 78.8 oC ¿Cuánto calor ha absorbido el etanol?

8. Una pepita de oro puro de 4.50 g absorbió 276 J de calor. ¿Cuál fue la temperatura final del oro si la inicial fue de 25.0 oC?


Pract 8. Calorimetria

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